A Los Angeles, Charlie Babbitt, un venditore di auto di lusso, si trova a risolvere un grosso inconveniente professionale seguendo le sue consuete modalità poco corrette, quindi parte comunque per un viaggio nel weekend con la sua collega e fidanzata Susanna. Durante il viaggio, già gravato da un clima di tensione tra i due, Charlie riceve una telefonata dalla quale apprende che suo padre, con cui non aveva rapporti da anni, è morto a Cincinnati. Lui e Susanna volano lì per partecipare al funerale. Charlie viene a sapere che il padre gli ha lasciato solo una Buick Roadmaster del 1949 e alcuni cespugli di rose, mentre il resto del patrimonio (circa 3 milioni di dollari) è stato lasciato in eredità a un fiduciario senza nome. Scopre quidi che l’erede è il fratello maggiore Raymond, un uomo autistico, di cui ignorava l'esistenza. Sentitosi tradito dal genitore e indebitato sul lavoro, decide di portare via Raymond dalla clinica psichiatrica di Wallbrook in cui è ricoverato, nella speranza di diventarne il tutore poi dichiara di essere disponibile a riportarlo alla clinica, in cambio della metà del patrimonio. Inizia così un lungo viaggio, interamente in auto - poiché Raymond ha paura di viaggiare in aereo, durante il quale Charlie comincia a conoscere veramente suo fratello, dotato di un'estrema sensibilità, un'incredibile memoria e grande capacità di calcolo. Così, giorno dopo giorno, Charlie si affeziona al fratello, scoprendo tra l'altro che lo strano personaggio che gli cantava le canzoncine da bambino, che egli chiamava Rain Man (storpiatura del nome Raymond) e pensava fosse frutto della sua fantasia, non era altri che il fratello allontanato dai genitori, per evitare che potesse accidentalmente fare del male a Charlie.
Indebitato fino al collo, Charlie trova un modo per usare la memoria di Raymond. Giunti a Las Vegas, Charlie ha la discutibile idea di farlo giocare al tavolo verde e la vincita gli permette di ripianare i suoi debiti. A quel punto riceve la visita del dottor Bruner, giunto a Las Vegas per il giudizio sull'assegnazione della tutela di Raymond insieme a un altro specialista che deve valutare il fratello di Charlie; le cose, però, non vanno come sperato da Charlie: deve rassegnarsi al ritorno di Raymond nella clinica e alla perdita della tutela. Tuttavia, essendosi ormai affezionato al fratello, promette di tornare a trovarlo ogni volta che ne avrà occasione.